Кировское областное государственное автономное образовательное учреждение дополнительного образования

Кировское областное государственное автономное образовательное учреждение
дополнительного образования
«ЦЕНТР ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОДАРЕННЫХ ШКОЛЬНИКОВ»
УТВЕРЖДАЮ:
__________________________
директор ЦДООШ
Е.Н. Перминова
« ____ » ______________ 2015 г.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ
ПРОГРАММА
«ГЕНЕТИКА» 9–11 КЛАСС
ПРОФИ
Срок реализации – 1 год
Автор – составитель:
О.С. Кривошеина – кандидат
биологических наук, педагог
дополнительного образования
Киров - 2015
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Направленность программы – естественнонаучная.
Актуальность, новизна, педагогическая целесообразность. Курс предназначен для
ликвидации пробелов в знаниях учащихся, касающихся вопросов наследственности и
изменчивости организмов. Курс построен с учётом обязательного минимума и отвечает
современным требованиям теоретической и практической подготовки учащихся к
Региональным, Окружным и Всероссийским олимпиадам по биологии.
Цель и задачи дополнительной образовательной программы.
Цель: углубление теоретических знаний, практических умений и навыков по генетике.
Задачи:
I. Образовательные:
изучить:
- основные закономерности наследования при внутривидовой и отдалённой гибридизации;
- молекулярные механизмы реализации генетической программы;
- генетические процессы в популяциях.
II. Развивающие:
- установление связей между генотипом и фенотипом;
- развитие генетической логики;
III. Воспитательные:
- воспитание познавательного интереса к предмету;
- формирование личностных качеств: аккуратности, внимательности, целеустремлённости;
- формирование навыка самостоятельной работы.
Отличительные особенности данной образовательной программы от уже
существующих образовательных программ.
В школьном курсе генетики предусматривается знакомство учащихся с
закономерностями наследственности и изменчивости организмов. При этом недостаточно
уделяется внимание гибридологическому методу, вопросам наследования при сцеплении
генов, особенностям нехромосомного наследования, мутационной изменчивости, проблемам
генной инженерии и селекции, закономерностям генетики популяций и методам изучения
генетики человека.
Программа кружка рассчитана на 75 часов (таблица). Возможно уменьшение
количества часов по объективным причинам (выпадение занятий происходит из-за
общероссийских праздников, различных городских и всероссийских конкурсов и олимпиад).
Еженедельно занятия проводятся по 2-3 часа с сентября по апрель (30 недель). В середине и
по завершении курса программой предусмотрено проведение итогового контрольного
мероприятия (аттестация).
Форма и режим занятий.
В ходе проведения занятий используются методы: объяснительно-иллюстративный
(лекция, беседа, рассказ), наглядные (демонстрация мультимедийных презентаций),
практические (постановка скрещиваний, решение генетических задач).
Ожидаемые результаты и способы определения их результативности.
Одним из показателей хорошего усвоения материала по генетике являются хорошие
результаты при текущем и итоговом контроле, а также высокий уровень выступления
учащихся на олимпиадах разного уровня.
В результате изучения курса «Генетика» учащиеся получают знания о:
- носителях наследственной информации;
- закономерностях наследования при внутривидовой и отдалённой гибридизации;
- хромосомной теории наследственности;
- нехромосомной наследственности;
2
- закономерностях изменчивости организмов;
- достижениях в области молекулярной генетики и генной инженерии;
- использовании методов генетики в селекции растений, животных и в медицинской
практике.
В результате изучения курса «Генетика» формируются умения:
- проводить скрещивания линий дрозофилы при постановке опытов по изучению
наследования признаков;
- решать генетические задачи по наследованию признаков;
- анализировать и составлять родословные;
- применять методы статистического анализа при изучении изменчивости.
3
II. ГЕНЕТИКА (Профи)
Таблица - Тематический план
№
п/п
Наименование тем учебных занятий
Форма работы, час
ПрактиЛекция* ческая
работа*
2
4
2
Закономерности наследования признаков при внутривидовой
гибридизации
Взаимодействие неаллельных генов
3
3
3
Хромосомная теория наследственности
3
3
4
3
12
5
Дрозофила – модельный генетический объект
Генетический анализ на Drosophila melanogaster
Нехромосомное наследование
2
1
6
Молекулярные основы наследственности
2
1
7
Основы генетического анализа
3
3
8
1
2
9
Изменчивость организмов.
Модификационная изменчивость
Мутационная изменчивость
2
2
10
Генетические основы онтогенеза
2
11
Генетика соматических клеток
2
12
Основы генетической инженерии
3
13
Генетика популяций
3
3+3
14
Генетика микроорганизмов
1
2
15
Особенности генетики человека. Проблемы медицинской
генетики
Основы селекции
2
1
16
ИТОГО:
2
27 +9
24 +15
Примечание: * – жирным шрифтом выделены основные часы, курсивом – вариативные.
Программа по «Генетике» для группы Профи включает 36 часов лекций и 39 часов
практических занятий. Общий объём программы составляет 75 часов, из них основная часть
– 51 час, вариативная – 24 часа.
4
III. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА «ГЕНЕТИКА»
Закономерности наследования признаков при внутривидовой гибридизации
(законы Менделя) (6 часов)
Цели и принципы генетического анализа. Основы гибридологического метода.
Закономерности наследования, открытые Г. Менделем. Моногибридное скрещивание. 1 и 2
законы Менделя. Относительный характер доминирования. Возможные биохимические
механизмы доминирования. Дигибридное скрещивание. 3 закон Менделя. Цитологическое
обоснование законов Менделя. Полигибридное скрещивание. Общие формулы для
определения числа типов гамет, образуемых гибридами первого поколения, числа
фенотипических и генотипических классов во втором поколении. Отклонения от
менделевских расщеплений при моно-, ди- и полигенном контроле признаков. Типы
скрещиваний. Статистическая оценка результатов гибридологического анализа по методу χ2
(хи - квадрат).
При изучении темы учащийся получает знания о:
- доминантных и рецессивных генах;
- типах скрещиваний;
- законах наследования признаков;
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- определять характер расщепления по генотипу и фенотипу в потомстве при разных типах
скрещивания;
- решать генетические задачи на моно- и полигибридные скрещивания;
- применять статистический метод χ2.
Взаимодействия неаллельных генов (6 часов)
Неаллельные взаимодействия генов: комплементарность, эпистаз, полимерия их
биохимические основы. Особенности наследования количественных признаков. Генотип как
сложная система аллельных и неаллельных взаимодействий генов. Плейотропное действие
генов. Модифицирующее действие генов. Пенентрантность и экспрессивность.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- типах взаимодействия генов (комплементарности, эпистазе, полимерии);
- наследовании количественных признаков;
- значении пенетрантности и экспрессивности генов.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- определять характер расщепления по генотипу и фенотипу в потомстве при разных типах
взаимодействия неаллельных генов;
- решать генетические задачи на типы неаллельных взаимодействий генов.
Хромосомная теория наследственности (6 часов)
Хромосомное определение пола и наследование признаков, сцепленных с полом.
Наследование при нерасхождении половых хромосом. Балансовая теория определения пола.
Гинандроморфизм.
Сцепленное наследование и кроссинговер. Особенности наследования при сцеплении.
Группы сцепления. Множественные перекресты. Интерференция. Линейное расположение
генов в хромосомах. Основные положения хромосомной теории наследственности по Т.
Моргану. Генетические, цитологические и физические карты хромосом, принцип их
построения у прокариот и эукариот.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- хромосомной и балансовой теориях определениях пола;
5
- признаках, сцепленных с полом (X и Y - хромосомами);
- полном и неполном сцеплении генов;
- кроссинговере и его частоте.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- определять частоту кроссинговера по результатам анализирующего скрещивания и второго
поколения;
- картировать хромосомы.
Дрозофила – модельный генетический объект.
Генетический анализ на Drosophila melanogaster (15 часов)
Жизненный цикл, биологические и морфологические особенности дрозофилы
Drosophila melanogaster. Хромосомы дрозофилы. Характеристика основных мутантных
линий, генетическая номенклатура. Поддержание линий (состав и подготовка среды,
оборудование рабочего места для работы с дрозофилой, пересадка мух). Подготовка мух и
постановка скрещиваний в системе генетического анализа (моногибридное, дигибридное, на
взаимодействие генов, сцепление с полом). Анализ результатов скрещиваний линий
дрозофилы в F1 и F2.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- жизненном цикле, биологических и морфологических особенностях дрозофилы;
- хромосомах дрозофилы;
- поддержании линий дрозофилы;
- мутантных линиях дрозофилы;
- порядке проведения скрещиваний.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- различать самцов и самок дрозофилы;
- различать линии дрозофилы по цвету глаз и тела, форме крыльев;
- проводить скрещивания и получать мух F1 и F2;
- проводить анализ наследования изучаемых признаков у дрозофилы.
Нехромосомное наследование (3 часа)
Закономерности нехромосомного наследования, отличие от хромосомного
наследования, методы его изучения. Материнский эффект цитоплазмы. Пластидная
наследственность. Митохондриальная наследственность. Взаимодействие ядерных и
внеядерных генов. Цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС) у растений.
Инфекционные факторы внеядерной наследственности. Плазмидное наследование.
Использование плазмид в генетических исследованиях. Значение изучения нехромосомного
наследования.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- взаимодействии генов и плазмогенов;
- типах нехромосомного наследования;
- ЦМС у растений.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- выявлять нехромосомное наследование по результатам реципрокных скрещиваний.
Молекулярные основы наследственности (3 часа)
Строение ДНК. Репликация ДНК, ферменты репликации, фрагменты Оказаки.
Строение и типы РНК. Транскрипция. Генетический код. Экзоны и интроны. Биосинтез
белка. Процессинг, сплайсинг. Трансляция. Обратная транскрипция. Мобильные
генетические элементы.
6
При изучении темы учащийся получает знания о:
- строении и химическом составе нуклеиновых кислот;
- репликации, транскрипции, трансляции;
- генетическом коде;
- биосинтезе белка.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- выполнять схему репликации и транскрипции;
- использовать генетический код для определения аминокислот при трансляции.
Основы генетического анализа (6 часов)
Задачи генетического анализа. Этапы анализа: установление числа генов,
контролирующих признак, локализация в группе сцепления, определение структуры и
экспрессии гена. Модельные объекты. Методы генетического анализа. Основные принципы
генетического анализа. Анализ наследование признаков при моногенных и полигенных
различиях между исходными формами, при независимом и сцепленном наследовании
взаимодействующих генов. Анализ совместного наследования нескольких признаков.
Определение группы сцепления. Локализация гена в группе сцепления. Картирование
хромосом.
При изучении темы учащийся получает знания об:
- этапах генетического анализа;
- основных принципах генанализа;
- основных формулах расщепления при различных типах наследования признаков.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- анализировать наследование признаков при различных типах наследования признаков.
Изменчивость организмов. Модификационная изменчивость (3 часа)
Понятие о наследственной и ненаследственной (модификационной) изменчивости.
Норма реакции генотипа. Статистический метод изучения изменчивости. Комбинативная
изменчивость, механизм ее возникновения, роль в эволюции и селекции.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- типах изменчивости;
- норме реакции генотипа.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- использовать метод вариационной статистики для изучения изменчивости признаков.
Мутационная изменчивость (4 часа)
Геномные изменения: полиплоидия, анеуплоидия. Хромосомные перестройки,
механизмы их возникновения, использование в генетическом анализе для локализации
отдельных генов и составления генетических карт. Классификация генных мутаций. Общая
характеристика молекулярной природы возникновения генных мутаций. Роль мобильных
генетических элементов в возникновении генных мутаций и хромосомных перестроек.
Мутагенез, его многоэтапность и генетический контроль. Мутагены и антимутагены.
Мутагены окружающей среды и методы их тестирования.
Критерии
аллелизма,
их
относительность.
Множественный
аллелизм.
Псевдоаллелизм. Ген как единица функции (цистрон). Структурная организация генома
эукариот. Классификация повторяющихся элементов генома. Семейства генов. Псевдогены.
Регуляторные элементы генома. Молекулярные механизмы регуляции действия генов.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- типах мутаций;
7
- мутагенезе;
- типах мутагенов;
- критериях аллелизма.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- различать геномные, хромосомные и генные мутации.
Генетические основы онтогенеза (2 часа)
Онтогенез как реализация наследственно детерминированной программы развития.
Стабильность генома и дифференциальная активность генов в ходе индивидуального
развития. Первичная дифференцировка цитоплазмы, действие генов в раннем эмбриогенезе,
амплификация генов. Роль гомейозисных генов в онтогенезе. Клонирование.
Тканеспецифическая активность генов. Факторы, определяющие становление признаков в
онтогенезе. Компенсация дозы генов. Взаимоотношения клеток в морфогенезе.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- генетической программе индивидуального развития организма;
- дифференциальной активности генов;
- особенностях клонирования.
Генетика соматических клеток (2 часа)
Генетика соматических клеток. Гетерокарионы. Совместимость и несовместимость
тканей. Генетика иммунитета. Онкогены, онкобелки. Генетический контроль
дифференцировки пола. Роль генов Y-хромосомы в определении мужского пола у
млекопитающих. Мутации, переопределяющие пол в ходе онтогенеза. Гормональное
переопределение пола.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- получении гетерокарионов;
- генетике иммунитета;
- переопределении пола в результате мутаций и влияния гормонов в ходе онтогенеза.
Основы генетической инженерии (3 часов)
Задачи и методология генетической инженерии. Методы выделения и синтеза генов.
Понятие о векторах. Геномные библиотеки. Способы получения рекомбинантных молекул
ДНК, методы клонирования генов. Получение с помощью генетической инженерии
трансгенных организмов.
Основы генетической инженерии растений и животных: трансформация клеток
высших организмов, введение генов в зародышевые и соматические клетки животных.
Проблемы генотерапии. Значение генетической инженерии для решения задач
биотехнологии, сельского хозяйства, медицины и различных отраслей народного хозяйства.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- методологии генетической инженерии;
- методах синтеза и выделения генов;
- получении трансгенных организмов;
- проблемах генотерапии.
Генетика популяций (9 часов)
Понятие о виде и популяции. Популяция как естественноисторическая структура.
Понятие о частотах генов и генотипов. Математические модели в популяционной генетике.
Закон Харди-Вайнберга, возможности его применения. Генетическая гетерогенность
8
популяций. Факторы динамики генетического состава популяции (дрейф генов),
мутационный процесс, межпопуляционные миграции, действие отбора. Понятие о
внутрипопуляционном генетическом полиморфизме и генетическом грузе. Роль
генетических факторов в эволюции. Молекулярно-генетические основы эволюции. Задачи
геносистематики.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- основных понятиях генетики популяций;
- законе Харди-Вайнберга;
- равновесной структуре популяции;
- факторах динамики генетической структуры популяций.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- определять генетическую, генотипическую и фенотипическую структуры популяции.
Генетика микроорганизмов (3 часа)
Организация наследственного материала бактерий. Особенности изучения признаков
бактерий. Изменчивость у бактерий. Формы переноса генетического материала и
генетическое картирование у бактерий. Трансформация. F-, F+, Hfr штаммы E.coli.
Внехромосомные генетические системы. Бактериальные плазмиды и их репликация.
Интеграция плазмид в хромосому. Мигрирующие элементы дрожжей. Система определения
типа спаривания у дрожжей (α---). Бактериофаги.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- организации наследственного материала бактерий;
- особенностях изучения признаков бактерий;
- особенностях признаков и спаривания дрожжей.
Особенности генетики человека. Проблемы медицинской генетики (2 часа)
Особенности человека как объекта генетических исследований. Методы изучения
генетики человека. Изучение структуры и активности генома человека с помощью методов
молекулярной генетики. Программа «Геном человека». Проблемы медицинской генетики.
Врожденные и наследственные болезни, их распространение в человеческих популяциях.
Скрининг генных дефектов. Причины возникновения наследственных и врожденных
заболеваний. Составление родословных человека для выявления наследования признаков и
заболеваний.
Роль генетических и социальных факторов в эволюции человека.
При изучении темы учащийся получает знания о:
- особенностях генетики человека и методах её изучения;
- программе «Геном человека»;
- наследственных болезнях человека.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- составления родословных для выявления наследственных заболеваний.
Основы селекции (2 часа)
Предмет и методология селекции. Учение об исходном материале. Центры
происхождения культурных растений по Н.И. Вавилову, Понятие о породе, сорте, штамме.
Сохранение генофонда ценных культурных и диких форм растений и животных. Закон
гомологических рядов в наследственной изменчивости (Н.И. Вавилов).
Роль частной генетики отдельных видов организмов в селекции. Использование
индуцированных мутаций и комбинативной изменчивости в селекции растений, животных и
микроорганизмов. Системы скрещиваний в селекции растений и животных.
9
Явление гетерозиса и его генетические механизмы. Методы отбора. Перспективы
методов генетической и клеточной инженерии в селекции и биотехнологии.
При изучении темы учащийся получает знания об:
- исходном материале и методах в селекции;
- центрах происхождения культурных растений по Н.И. Вавилову;
- законе гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова;
- о значении частной генетики видов организмов в селекции;
- системах скрещиваний в селекционной работе;
- гетерозисе.
После изучения темы у учащегося формируются умения:
- находить сходные признаки колоса у разнохромосомных видов пшеницы.
Практические занятия
Осваиваются методы гибридологического, генеалогического, статистического и
популяционного анализа (путём решения генетических задач и моделирования генетических
процессов).
IV. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Методическое обеспечение курса включает в себя научную и научно-популярную
литературу по предмету, сборники генетических задач (список прилагается ниже), авторские
презентации, постоянные микропрепараты, линии дрозофилы, наглядный растительный
материал.
Библиографический список
Айла Ф. Современная генетика. Т. 1-3. / Ф. Айла, Дж. Кайгер. – М.: Мир, 1987.
Арефьев В.А. Англо-русский толковый словарь генетических терминов / В.А. Арефьев,
Л.А. Лисовенко. – М.: ВАИРО, 1995.
3. Беркинблит М.Б. Почти 200 задач по генетике. – М.: МИРОС, 1992.
4. Гершензон С.М. Основы современной генетики. – Киев: Наукова думка, 1983.
5. Инге-Вечтомов Г.С. Генетика с основами селекции. – М.: Высшая школа, 1989.
6. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. – Новосибирск: НГУ, 2004.
7. Задачи по современной генетике: учеб. пособие / Под ред. М.М. Асланяна. – М.: КДУ,
2005.
8. Козак М.Ф. Дрозофила - модельный объект генетики: учебно-методическое пособие Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет», 2007.
9. Пухальский В.А. Введение в генетику. – М.: КолосС, 2007.
10. Рыбчин В.Н. Основы генетической инженерии. – СПб: Изд-во СПбГТУ, 2002.
1.
2.
Список оборудования
1. Световой микроскоп марки Микмед, Биолам (1-2 на парту).
2. Пробирки с питательной средой, матовые стекла, кисточки.
Список объектов
1.
2.
3.
4.
Коллекция линий дрозофилы с разной окраской глаз, тела, формы крыльев.
Набор постоянных препаратов мутаций дрозофилы.
Наборы колосьев разных видов пшеницы.
Наборы семян фасоли разной окраски и размера.
10